内窥镜手柄及驱动装置的制作方法

1.本技术涉及医用设备领域，特别涉及一种内窥镜手柄及驱动装置。


背景技术：

2.内窥镜是集成有图像传感器、光学镜头、照明光源以及精密机械结构的装置。内窥镜可以经过口腔或其他天然孔道进入人体腔道内部并对人体内部的组织进行观察、活检、微创手术等操作。现有技术的内窥镜使得医者可以直观地看到人体内部的实时画面，提高了诊疗的便利性。
3.然而，现有技术的内窥镜完全依赖于医者的人手操作控制，在操作不当时，容易刺伤人体娇弱的腔道内壁。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题或至少部分地解决上述技术问题，在本技术的一个实施方式中，提供了一种用于内窥镜手柄的驱动装置，包括：
5.电机模组，电机模组具有伸出的电机轴；
6.始动滑块，与电机轴连接，能够被电机轴带动并沿着一直线运动，始动滑块上设置有第一耦合部，第一耦合部与外部设置的随动滑块耦合接触，以通过随动滑块带动内窥镜的控弯丝进行收放运动；
7.力传感器，设置在电机模组上，用于测量所述控弯丝所受拉力，并生成应力信号；
8.控制器，与电机模组和力传感器分别通信连接，用于根据传感器所反馈的应力信号调整电机模组的输出。
9.可选地，还包括：
10.壳体，电机模组和力传感器都位于壳体内，其中，始动滑块的主要部分位于壳体内，且第一耦合部从壳体上所预留的孔伸出。
11.可选地，电机模组包括电机本体和电机支架，电机本体通过电机支架与壳体连接；
12.力传感器设置在电机支架上。
13.可选地，电机模组包括电机本体，电机本体直接固定设置在壳体上，力传感器设置在电机本体与壳体的连接部位上。
14.可选地，还包括：
15.位置传感器，设置在电机上，用于获取电机所转过的圈数信息，位置传感器与控制器通信连接；
16.到位开关，与控制器通信连接，并设置在始动滑块的运动路径上，到位开关在接触到始动滑块时，向控制器发送停止信号。
17.可选地，电机模组包括至少三个电机，始动滑块与电机的数量相同且一一对应设置。
18.可选地，电机模组包括四个电机，四个电机与四根控弯丝一一对应，四根控弯丝借
助收放运动，分别控制内窥镜在“十”字形的四个方向上的弯曲运动。
19.可选地，驱动装置还包括：摇杆，与控制器通信连接，用于通过四个电机，控制控弯丝的收放，其中摇杆被推动的方向，与内窥镜的弯曲方向对应。
20.本技术的另一实施方式提供了一种内窥镜手柄，包括前述的驱动装置，还包括：
21.从动装置，可拆卸地安装在驱动装置上，从动装置包括：
22.随动滑块，随动滑块上设置有第二耦合部，从动装置安装在驱动装置上时，第二耦合部与第一耦合部耦合接触；
23.控弯丝，连接在随动滑块上，以在随动滑块的带动下进行收放运动。
24.可选地，还包括：
25.导轨，与始动滑块的运动方向平行设置，随动滑块设置在导轨上。
26.可选地，第一耦合部向着从动装置的所在方向伸出，第二耦合部向着驱动装置的方向伸出，从动装置安装在驱动装置上时，第一耦合部与第二耦合部在垂直于随动滑块的运动方向的平面上的投影至少部分重叠。
27.可选地，所述随动滑块为多个时，各个相邻的所述随动滑块的连接所述控弯丝的部位的连线在垂直于所述控弯丝的平面上的投影构成正多边形。
28.相比于现有技术而言，本技术的实施方式通过设置力传感器，能够监测内窥镜的导管头部在弯曲时控弯丝所受到的作用力，防止内窥镜对人体腔道壁造成的损伤，提高内窥镜的安全性和使用的舒适性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅用于示意本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图中未提及的技术特征、连接关系乃至方法步骤。
30.图1是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置的立体示意图；
31.图2是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置与从动装置在耦合时的立体示意图；
32.图3是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置的一种力传感器的设置方案的示意图；
33.图4是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置的另一种力传感器的设置方案的示意图；
34.图5是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置的又一种力传感器的设置方案的示意图；
35.图6是本技术实施方式的内窥镜手柄在工作时的模块框图；
36.图7是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置和从动装置的组合关系示意图；
37.图8是本技术实施方式的从动装置的立体示意图；
38.图9是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置与从动装置在耦合时的正面示意图；
39.图10是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置与从动装置在耦合时，采用另一种随动滑块的示意图；
40.图11是本技术实施方式的用于内窥镜手柄的驱动装置与从动装置在耦合时，采用又一种随动滑块的示意图。
41.附图标记说明
42.1、驱动装置；11、电机模组；111、电机轴；112、电机支架；12、壳体；13、始动滑块；131、第一耦合部；14、位置传感器；15、力传感器；16、到位开关；2、从动装置；21、随动滑块；211、第二耦合部；22、控弯丝；23、导轨。
具体实施方式
43.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
44.申请人发现，在现有技术中，内窥镜通常完全根据医者的人手操作来采取行动。内窥镜的动作是缺乏力反馈的，而显示在屏幕上的视觉反馈是二维的，因此在经验不足时，容易因过度深入而导致尖锐的内窥镜前端刮伤或刺伤人体的腔道内壁。
45.有鉴于此，本技术给出了一种新型的内窥镜手柄及驱动装置。
46.实施方式一
47.本技术的第一实施方式提供了一种用于内窥镜手柄的驱动装置和基于这一驱动装置的内窥镜手柄。
48.其中，参见图1、图2所示，一种用于内窥镜手柄的驱动装置1，包括：
49.电机模组11，电机模组11具有伸出的电机轴111。
50.始动滑块13，与电机轴111连接，能够被电机轴111带动并沿着一直线运动，始动滑块13上设置有第一耦合部131，第一耦合部131与外部设置的随动滑块21耦合接触，以通过随动滑块21带动内窥镜的控弯丝22进行收放运动。本技术所提之收放运动，指的是张紧或是放松控弯丝22的运动，这一运动配合内窥镜的多节结构，可以让内窥镜在预定的方向上弯曲。
51.具体说来，始动滑块13和电机轴111之间可以通过间接或直接的方式进行传动连接。在图1和图2所示1的案例中，始动滑块13可以被直接安装在电机轴111上。当始动滑块13上设置有螺纹时，可以与电机轴111形成丝杠结构，从而令电机轴111带动始动滑块13沿着直线方向运动。也就是说通过丝杠结构，实现了将电机轴111的旋转运动转化为始动滑块13的直线运动。可以理解的是，在本领域中，其他一些能够将旋转运动转化成直线运动的传动方式，例如涡轮蜗杆结构、齿轮齿条结构等，在应用于始动滑块13和电机轴111之间时，也能够基本实现本技术的技术目的。
52.驱动装置1还可以包括：壳体12。壳体12可以用于保护和支撑驱动装置1的内部结构。电机模组11和力传感器15都位于壳体12内，其中，始动滑块13的主要部分位于壳体12内，当壳体12完全将始动滑块13包裹在其中时，第一耦合部131可以从壳体12上所预留的孔伸出，以保证其与外部结构的耦合接触。
53.第一耦合部131与外部设置的随动滑块21耦合接触是以随动滑块21带动内窥镜的控弯丝22进行收放运动的目的而设置的，因此可以采用多种方式实现二者的耦合。例如，除了图1和图2中所示意的接触方式之外，还可以将第一耦合部131与外部设置的随动滑块21连接起来。特别值得一提的是，随动滑块21仅仅是受始动滑块13的带动而运动的，因此其并不属于内窥镜手柄的“驱动装置1”的组成部分，而是属于内窥镜手柄的“从动装置2”的部分。
54.参见图2所示，本技术额外设置了力传感器15。其设置在电机模组11上，能够监测内窥镜的导管头部在弯曲时控弯丝22所受到的作用力，并生成应力信号。具体说来，控弯丝22所受到的作用力会依次通过随动滑块2、始动滑块13、电机支架112进行传递，并最终引起力传感器15的传感部件的形变。通过对这一形变的测量，即可得到控弯丝22所受到的作用力。驱动装置1还具有控制器，其与电机模组11和力传感器15分别通信连接，用于根据传感器所反馈的应力信号调整电机模组11的输出。其中，控制器作为电子元件，可以被整合在壳体12内的任意位置，也可以被分立地设置于壳体12之外进行远程控制，因此在本技术中对控制器的位置不作限定，也并未在附图中示意。
55.值得一提的是，驱动装置1上还可以设置有到位开关16，这一到位开关16与控制器通信连接，并设置在始动滑块13的运动路径上，到位开关16在接触到始动滑块13时，向所述控制器发送停止信号，说明始动滑块13已经运动至行程尽头。据此，控制器在收到停止信号后可以停止电机的转动，从而防止电机过载损坏。
56.在本技术的实施方式中，力传感器15可以有多种设置方式。例如：
57.可选地，参见图3、图4所示，电机模组11包括电机本体和电机支架112，电机本体安装在上电机支架112；电机支架112通过力传感器15与壳体12连接。
58.其中，图3的电机支架112、力传感器15、壳体12的连接线与始动滑块13的运动方向平行，图4的电机支架112、力传感器15、壳体12的连接线与始动滑块13的运动方向垂直。
59.或者，可选地，参见图5所示，电机模组11也可以仅包括电机本体，电机本体通过力传感器15与壳体12直接连接。
60.在图5中，电机支架112、力传感器15、壳体12的连接线与始动滑块13的运动方向平行，同样的，也可以将其设置为垂直的形态。
61.由于力的作用是相互的，因此当内窥镜触及人体时，必然会有一部分力反馈至控弯丝22，并最终作用在电机模组11上。力传感器15可以检测形变量，将对应的形变量信号传递给控制器。基于以上原理，将电机模组11与壳体12通过力传感器15连接，可以控制器精确地获得反馈的力的信息，从而对应地修正和调整电机模组11的输出。例如，当检测到内窥镜的运动受阻时，可以判断为内窥镜已经接触到人体内表面，此时，可以通过反馈和补偿操作，让内窥镜退回到安全距离内。
62.值得一提的是，当电机支架112、力传感器15、壳体12的连接线与始动滑块13的运动方向相平行时，对力传感器15的反馈是正推力或是正拉力。而当电机支架112、力传感器15、壳体12的连接线与始动滑块13的运动方向相垂直时，对力传感器15的反馈则是剪切方向的应力。
63.进一步可选地，驱动装置1还可以包括：位置传感器14，设置在电机上，用于获取电机所转过的圈数信息，位置传感器14与控制器通信连接。位置传感器14可以选用光栅传感
器，位置传感器14所获取的圈数信息提供给控制器之后，控制器可以据此精确地计算出始动滑块13当前的具体位置，从而为始动滑块13的补偿运动提供辅助参考。
64.其中，电机模组11可以包括至少两个电机。优选地，其可以包括三个或三个以上的电机，例如参见图1、图2所示，其可以包括四个电机。当设置有两个电机时，内窥镜的镜头端可以在一个自由度上自由运动，这实现的内窥镜的“一”字形运动。
65.而当设置有三个以上的电机时，四个电机与三根控弯丝22一一对应，借助收放运动，可以分别控制所述内窥镜在“人”字形的三个方向上的弯曲运动。当相邻的两根控弯丝22同时进行收放运动时，则可以控制内窥镜的斜向运动。也就是说，通过各个控弯丝22的收放运动的组合，可以实现内窥镜的镜头端的360
°
的任意运动，而且内窥镜倾斜的角度也可以通过控制这两根控弯丝22的收放程度而进行控制，十分方便。
66.对于四个电机的情形而言，四个电机与四根控弯丝22一一对应，四根控弯丝22借助收放运动，可以分别控制所述内窥镜在“十”字形的四个方向上的弯曲运动。同样的，当相邻的两根控弯丝22同时进行收放运动时，则可以控制内窥镜的斜向运动。也就是说，通过各个控弯丝22的收放运动的组合，也可以实现内窥镜的镜头端的360
°
的任意运动，内窥镜倾斜的角度也可以通过控制这两根控弯丝22的收放程度而进行控制，而且比三个电机的情形时，运动的精密度更高。
67.在本技术中，始动滑块13与电机的数量相同且一一对应设置。其他包括控弯丝22、随动滑块21、力传感器15、到位开关16和位置传感器14等等结构也都可以是一一对应设置的。也就是说，控制器可以针对每一个电机，单独地进行运动控制和反馈补偿。
68.基于以上方案，可选地，驱动装置1还可以包括：摇杆，与控制器通信连接，用于通过四个电机，控制控弯丝22的收放，其中摇杆被推动的方向，与内窥镜的弯曲方向对应。值得一提的是，由于遥感可以固定安装在外壳的任意位置，或是通过有线、无线的方案与控制器连接，因此在附图中未示意出遥感的具体安装结构。
69.采用摇杆来控制内窥镜的运动，具备了所见即所得的操作逻辑，降低了内窥镜的控制难度，使得医者可以更加地专注于医学上的操作。
70.基于以上的结构，参见图6所示，本技术的实施方式进一步地给出了一种驱动装置1的操作步骤如下：
71.1、依赖于内窥镜的头端所反馈的画面，用户可以通过摇杆来对控制器下达控制命令，使得控制器分别驱动各个不同的电机，在人体腔道内运动。
72.2、与此同时，与各个电机所对应的压力传感器15，不断地向控制器反馈应力信号，控制器可以根据这些芯片信号对电机的驱动进行反馈补偿。
73.3、除此之外，位置传感器14、到位开关16等机构也能够进一步地辅助电机进行始动滑块13的位置修正。
74.综上所述，相比于现有技术而言，本技术的实施方式通过设置力传感器15，能够有效地防止内窥镜因过度深入而对人体造成的损伤，提高内窥镜的安全性和使用的舒适性。
75.实施方式二
76.本技术的发明人发现，受成本限制，现有技术的大多数内窥镜都重复使用的。因此，针对每一位病人使用完成后，都需要对内窥镜进行彻底的消毒清洗。清洗过程繁琐，对诊疗的效率存在负面影响。
77.有鉴于此，本技术的第二实施方式提供了一种内窥镜手柄，参见图7所示，其不但设置有第一实施方式中所提及的驱动装置1，且还包括：
78.从动装置2，可拆卸地安装在驱动装置1上，参见图8所示，从动装置2可以包括：随动滑块21，随动滑块21上设置有第二耦合部211，从动装置2安装在驱动装置1上时，第二耦合部211与第一耦合部131耦合接触；
79.控弯丝22，连接在随动滑块21上，以在随动滑块21的带动下进行收放运动。
80.此外，其他一些与进入人体腔道密切相关的部件，包括抽吸管道、喷洒管道，钳管道等等，也都可以被设置在从动装置2上。通过将从动装置2设置为可拆卸的，每次使用完内窥镜之后，都可以抛弃并更换新的从动装置2，实现了接触患者身体部分的耗材的一次性使用，提高了便利性的同时还能够防止交叉感染的风险，提高了安全性。
81.除了以上结构之外，参见图9所示，从动装置2还可以包括导轨23，与始动滑块13的运动方向平行设置，随动滑块21设置在导轨23上。借助导轨23可以实现对随动滑块21的运动轨迹的精确性控制，提高设备的运行稳定性。
82.对于第一耦合部131和第二耦合部211之间的耦合关系，本技术并不进行特定的限定。只要能够让始动滑块13足以带动随动滑块21在符合要求的行程范围内运动即可。
83.也就是说，可选地，参见图9所示，第一耦合部131可以向着从动装置2的所在方向伸出，第二耦合部211向着驱动装置1的方向伸出，从动装置2安装在驱动装置1上时，第一耦合部131与第二耦合部211在垂直于随动滑块21的运动方向的平面上的投影至少部分重叠。
84.投影重叠可以保证第一耦合部131在运动的过程中能够触碰并推动第二耦合部211运动。这一投影重叠可以有多种实现方式，例如，第一耦合部131与第二耦合部211之间可以耦合连接，例如在第一耦合部131上可以设置插槽，而将第二耦合部211插入第一耦合部131的插槽内。再如，也可以通过卡接、螺接等方式对二者进行连接。
85.而进一步来说，滑块间的耦合也可以表现为非连接式的，仅通过接触推动来进行力的传导。例如，第一耦合部131位于靠近远端的位置，而第二耦合部211位于靠近近端的位置，当摇杆被推动时，控制器控制电机转动以带动始动滑块13沿着直线运动，此时，第二耦合部211推动第一耦合部131运动，使得控弯丝22被拉紧。反之，当摇杆放松时，控制器控制电机反向转动，同时带动始动滑块13归位，此时，第一耦合部131与第二耦合部211不接触，控弯丝22可以自行回弹，并使内窥镜恢复至平衡位置。
86.采用这一结构相比于连接结构更具简单优势，而且利用自行回弹来使装置恢复至平衡位置时，可以防止反向运动的行程过大而造成的损伤。
87.另外，参见图9、图10和图11，当随动滑块21为多个时，各个相邻的随动滑块21的连接控弯丝22的部位的连线在垂直于控弯丝22的平面上的投影构成正多边形。在图中，由于有四个控弯丝22，因此构成了正四边形，如图10中的正方形s。
88.相比于排布成一直线而言，将连接控弯丝22的部位环绕布置，可以使得各个控弯丝22的受力更加均匀，提高可靠性。值得一提的是，为了实现这一环绕布置，可以采用多种形状的随动滑块21。如图9中，有两个随动滑块21将另两个随动滑块包裹起来；或是如图10所示，随动滑块在高度方向上并列成两排设置；又或是如图11所示，将连接控弯丝22的部位设置不同随动滑块的不同位置。上述的设置方式均可达到使控弯丝22的受力均匀的目的。
89.应当理解，在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而
非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
90.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，第一部件和/或第二部件，可以表示：单独存在第一部件，同时存在第一部件和第二部件，单独存在第二部件这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
91.应当理解，尽管在本技术实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述某些部件，但这些部件不应仅仅被限于定于这些术语中。这些术语仅用来将各部件彼此区分开。例如，在不脱离本技术实施例范围的情况下，第一某某部件也可以被称为第二某某部件，类似地，第二某某部件也可以被称为第一某某部件。
92.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于监测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果监测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当监测(陈述的条件或事件)时”或“响应于监测(陈述的条件或事件)”。
93.在本技术的实施方式中，“大体上等于”、“大体上垂直于”、“大体上对称”等等的意思是，所指的两个特征之间在宏观上的尺寸或相对位置关系十分接近于所述及的关系。然而本领域技术人员清楚，由于误差、公差等客观因素的存在而使得物体的位置关系在小尺度乃至微观角度难以被正好约束。因此即使二者之间的尺寸、位置关系稍微存在点误差，也并不会对本技术的技术效果的实现产生较大影响。
94.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
95.在上述的各实施方式中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是本领域的普通技术人员应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
96.本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
97.本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、单元、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、单元、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本技术的范围。
98.最后应说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，为了使读者更好地理解本技术，本技术的实施方式提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本技术各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。